基于可重构计算的密码处理器关键技术研究

发布时间：2020-12-19 00:48

　　特殊保密通信领域采用频繁更换密码算法以提升安全性的技术途径,对密码处理器提出了动态重构的需求,粗粒度可重构处理器相比与专用集成电路和定制指令集处理器,具有性能和灵活性方面的潜在优势,已成为学术界和产业界的关注重点之一。本文针对可重构密码处理器的面积效率（单位面积的性能）和能量效率（单位能量的性能）两个关键指标,重点研究其计算阵列的架构、电路及配置调度策略。首先,本文分析了分组密码算法、杂凑密码算法和序列密码算法等密码算法的工作机制,从密钥长度、计算位宽和运算类型三个方面总结了算法的计算特征,并从算法迭代运算间的数据依赖关系、执行流水特性方面分析了算法的控制流特征,为可重构密码处理器计算阵列和配置控制器的设计提供了理论指导。其次,针对计算阵列中通用S盒（S-box,Substitution Box）资源消耗过大导致面积效率低下的问题,本文提出了基于多端口静态随机存储器（SRAM）的查找表型通用S盒结构和电路。包括:1)研究并提出了多端口SRAM查找表结构,通过配置重构成具有特定特征参数的查找表,满足多种密码算法S盒输入输出位宽、查找表数量和访问并发度的不同需求;2)定制并实现了多端口SR... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

DRP的tile的内部结构图

于无线通信等领域。如图 1- 4 所示，ADRES 主要分为两个部分，t）组成的计算阵列，另一部分是由 VLIW（Very-large Instruction W控制模块，用于处理计算任务中的分支和跳转操作，同时用于配置度。其中，ADRES 中 FU 的功能、规模等参数可以通过修改架构的，以使得架构可以更好地支持不同领域的应用。

构密码处理器[20]。通过对 40 余种分组密码算法进行分析，依据这间探索，因此该架构不但可以支持多种分组密码算法，而且算法的图 1-5 所示，RCE（ReconfigurableCryptographicElement）是 COB操作如图 1- 6 所示，各个符号代表的运算如下所示：A，按位进模 28、216和 232的加减法；C，查找表操作，支持 8bit-8bit 和 4bit-乘法；E，移位与循环移位操作；F，GF（28）域上的乘 2 操作；×4 的 RCE 阵列构成了 COBRA 的计算阵列，阵列的第 1、2 行和FFLER 模块用于处理密码算法中按照字节进行置换的操作（例如CE 可以构成一个 128 比特的数据通路，以便快速处理分组密码据分组密码算法轮函数迭代执行的特征，第 4 行的 RCE 通过“WH作，计算结果可以返回到第 1 行并继续计算。考虑到乘法的使用，只有第 2 列和第 4 列的 RCE 中实现了乘法操作。阵列的左右两ed RAM）用于存储计算中的临时数据，左侧的 8 个 eRAM 仅第 1第 3 和第 4 列的 RCE 可以访问，该设计可以提升 Feistel 结构分

【参考文献】：
期刊论文
[1]SM4分组密码算法综述[J]. 吕述望,苏波展,王鹏,毛颖颖,霍利利.  信息安全研究. 2016(11)
[2]面向分组密码算法的高面积效率可重构架构[J]. 杨锦江,曹鹏,杨军.  东南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]Dynamically reconfigurable architecture for symmetric ciphers[J]. Bo WANG,Leibo LIU.  Science China(Information Sciences). 2016(04)
[4]无线传感器数据融合技术中基于同态哈希函数的数据完整性算法[J]. 牛淑芬,王彩芬,杜小妮.  计算机应用与软件. 2013(12)
[5]DES算法原理及实现[J]. 管莹,敬茂华.  电脑编程技巧与维护. 2009(04)

博士论文
[1]可编程密码处理器关键技术研究与实现[D]. 赵学秘.国防科学技术大学 2006



本文编号：2924926